編者按：

行星是如何形成的？地球是獨一無二的嗎？我們能找到地外生命嗎？科學(xué)家們仰望星空，心懷宇宙，深邃的思考直達(dá)生命的本質(zhì)。12月16日，美國藝術(shù)與科學(xué)院院士、國際著名理論天體物理學(xué)家林潮教授在清華大學(xué)天體物理中心舉辦的一場公眾講座上，詳細(xì)解讀了行星起源與地外生命的搜尋之謎?！百愊壬豹毤曳钏蛨蟾婢A內(nèi)容，共享科學(xué)之勝。

林潮（加州大學(xué)圣克魯茲分校教授）

如何找到類地行星？

各位老師、各位同學(xué)、各位來賓，今天我非常開心，能夠跟大家分享一些天文學(xué)領(lǐng)域的知識。

今天來了很多小朋友，而我們小的時候，最先遇到的一個問題可能就是，生命從何而來？在我們身邊，到處都有豐富多彩的生命，所以我們也想知道，在地球以外，乃至太陽系的周圍是否也有生命。為此，人類做了各種各樣的探索：到月亮上、到木星的衛(wèi)星上、到水星的衛(wèi)星上。在這些地方，我們看到了很多與地球相似的生命特征，比如地面有水，溫度也跟地球差不了太多，但是幾十年的探索下來，到今天為止，人類還是沒有在地球以外、太陽系以內(nèi)的地方發(fā)現(xiàn)生命存在的跡象，甚至在被寄予了最大希望的火星上，迄今都還沒有發(fā)現(xiàn)生命的遺跡。

所以科學(xué)界就想到，是不是能夠走出太陽系去看看有沒有智慧生命，但一個很大的問題是，如何尋找智慧生命，因為智慧生命本身就是未知的未知，我們不知道該找哪些線索，該關(guān)注什么信號。在這種情況下，1961年，美國的天文學(xué)家Frank Drake想到了一個按部就班地找尋智慧生命的方法，就是用我們已知的一些條件，去估計地外生命存在的可能數(shù)量。

比如說，估算一下銀河系里有多少顆恒星，在恒星的周圍有多少個行星系統(tǒng)，行星系統(tǒng)里有多少類似地球的行星系統(tǒng)，而在類似地球的行星系統(tǒng)里，已經(jīng)演化出生命的概率有多大，這些生命又有多少可以變成有智慧的、已經(jīng)發(fā)展了科技的、能夠與我們通訊的生命，它們又可以維持多久的壽命。

這一思路提出后，人類就開始了尋找地外生命的行動。然而迄今為止，我們都沒有找到任何可知的跡象。但這一方法啟發(fā)了我們?nèi)绾巫叩教栂低馊ふ疑?，就是先看有沒有適合生存的行星。這就好比如果人們找到了老虎的洞穴，就有可能找到老虎的蹤跡。

那什么跡象才能表明這顆行星是可居住的呢？依據(jù)地球上的條件來考慮，首先想到的就是地面上要存在液體水。液體水本身并不代表有生命存在，但就地球生命而言，水有重要的作用：一是水是非常好的運輸媒體；二是水有三態(tài)，可以把有機(jī)元素集中在一起，然后使它在適溫條件下產(chǎn)生某些化學(xué)作用。

就這樣，人類一直苦苦尋找著太陽系以外的行星系統(tǒng)，直到近20年來才陸續(xù)有了些收獲。為什么這么難呢？因為一些行星跟它們的主恒星比起來，光是非常微弱的，這要求人類有非常高精確度的測量工具。一是要能分解出這顆行星和主星的距離，分解到一角秒那么大的距離；同時還要辨識出它的光，而它的亮度只有主星的十億分之一，這是一個巨大的挑戰(zhàn)，特別是對地面觀測而言，因為大氣層里有很多湍流，這些湍流會使圖像非常模糊。

近一二十年來，人類發(fā)展出了一種名為“自適應(yīng)光學(xué)”的技術(shù)，這種技術(shù)包括把一束激光打到離地面90公里高的地方，造出一個人工的光點。然后我們在測量器里看這個點，看看它是不是已經(jīng)分化出來了，這樣就可以把整個大氣層形成的微擾消除掉。不過到今天為止，我們用這個方法也仍然沒能發(fā)現(xiàn)地球這么大的行星。

第二個方法是1995年取得的重大突破，是由兩名瑞士科學(xué)家提出的用“視向速度”來找系外行星，就是去衡量主星的速度是不是有一些變化。為什么主星的速度會有變化呢？如果主星周圍有行星圍繞它轉(zhuǎn)的話，就會影響主星的運行速度，所形成的多普勒效應(yīng)會使它的波長上上下下地改變一些，但這個改變是非常非常小的，需要有非常高的觀測精確度。至少到現(xiàn)在為止，我們沒辦法做到一根線一根線地衡量。因此這兩名科學(xué)家發(fā)明了一個方法，就是把它擺到一個鏡子里邊，用光學(xué)梳的辦法，使人可以同時觀察幾千條光線。這就好比用一只手在一個梳子后面左右晃，這時你就可以在梳子前面同時看到梳子齒縫里的無數(shù)條光線的變化。

用這種方法，他們找到了太陽系外的第一顆行星。這一發(fā)現(xiàn)是非常意外的，因為這顆行星上上下下的速度使主星的速度每秒變化了50米，但是變化的周期只有4天，這么推測下來，可能這顆行星的質(zhì)量和木星差不多（編者注：木星的體積是地球的1316倍），而它和它主星的距離等于地球離太陽的1/20，這是大家都沒有料到的。有了這個發(fā)現(xiàn)后，我和同事們馬上就開始做一些模型去解釋這個過程。

第三個方法有點像觀測日食和月食的方法，叫做“凌星觀測”。就是當(dāng)一顆行星經(jīng)過主星前邊的時候，會使主星的光度稍暗一些。如果是一顆木星的話，其主星變暗的光度大約不到百分之一。但如果是地球這么大的行星，就只能使主星暗下來不到萬分之一，所以還是要求非常高精確度的觀測才能衡量出這些主星的光變。這么高要求的精確度也就是在最近一段時間——2009年的時候，才因為有了一顆新衛(wèi)星而實現(xiàn)的。這顆新衛(wèi)星是美國航空航天局（NASA）發(fā)射的一顆科學(xué)衛(wèi)星，名叫“開普勒”衛(wèi)星，它發(fā)射出去后找到了差不多3000多顆行星，一下子大大發(fā)展了人類尋找系外行星的腳步。

第四個找系外行星的方法是“微引力透鏡”法。它是由愛因斯坦的相對論提出來的。意思是說，當(dāng)行星圍繞主星轉(zhuǎn)的時候，由于引力的原因，恒星附近的空間會發(fā)生彎曲，這種彎曲使作為背景光源的恒星發(fā)出的光像通過透鏡一樣發(fā)生變化，增強(qiáng)它的光度，這樣我們就能在差不多幾個小時的時間里觀測到一些行星的跡象。這個工作的主要貢獻(xiàn)者之一就是今天講座的主持人毛淑德老師（編者注：毛淑德為清華大學(xué)天體物理所所長、中科院國家天文臺星系宇宙學(xué)部主任）。

就這樣，又經(jīng)過20年的發(fā)展，人類對行星的了解大大增進(jìn)了。1995年時，人類只知道一兩顆行星，精確度也不是很高，當(dāng)時能觀測到的最輕的行星，是像木星那么大的行星。但到了今天，我們已經(jīng)可以觀測到兩千多顆包括跟地球大小和質(zhì)量都差不多的一些行星了。所以，我們可以開始做一些更細(xì)致的工作，如統(tǒng)計工作，因為我們要知道的不是一兩顆行星的性質(zhì)，而是這一類行星到底都有什么樣的性質(zhì)。

通過凌星觀測，我們發(fā)現(xiàn)，在太陽系周圍的一些恒星中，木星大小的行星一般只占百分之十幾，而至少有一半的恒星周圍都有地球大小的行星。所以我們現(xiàn)在知道，行星系統(tǒng)是眾多的，幾乎每一顆恒星周圍都有一些行星，而且至少有一半恒星周圍有地球質(zhì)量以上的行星。

另外一個發(fā)現(xiàn)是這些行星系統(tǒng)的性格特質(zhì)非常多元化，有的跟太陽系行星的特點相似，有的則很不一樣。

我們的太陽系至少有八大行星，在很多其他的行星系統(tǒng)里，比如說在一個叫“開普勒11”的系統(tǒng)里，我們至少觀測到了六顆行星，通過觀測它們的活動可以知道它們的公轉(zhuǎn)周期，通過傾角的角度知道它們基本上還是在同一個軌道平面上運行的。

還有很多我們已知的行星，它們的周期只有幾天、幾個星期或者幾個月，而地球的周期大約有一年。我們現(xiàn)在還沒有足夠高精密度的設(shè)備去探索長周期的行星，但至少我們知道有很多很多的行星離它們的主星較近，而且有很多行星的軌道是更為橢圓的。另外我們還發(fā)現(xiàn)有一些行星是圍著兩顆恒星旋轉(zhuǎn)的。

現(xiàn)在回想起來，遠(yuǎn)在戰(zhàn)國時期的一些哲學(xué)家也曾思考過遙遠(yuǎn)的宇宙天象問題。不光是屈原在他的《天問》里思索過宇宙星辰，和他同時代的古希臘著名哲學(xué)家伊壁鳩魯（Epicurus），在給另一名古希臘哲學(xué)家希羅多德（Herodotus）的信里也談到過：“大千世界，有些像我們，有些不像我們?！倍?dāng)年的這些科幻預(yù)言今天已被人類證實。

有了這些豐富的新知識，我們就可以開始建立一套較為系統(tǒng)的理論了。但系外星系豐富的多元化特征，使得人類的工作有點像盲人摸象。因為我們看到的很多東西，只是在較為片面的情況下看到的。

簡單總結(jié)一下，我們現(xiàn)在已知的東西主要有兩點，第一是行星系統(tǒng)的普遍存在，第二是各個行星系統(tǒng)性質(zhì)的多元化。要理解這些現(xiàn)象，需要應(yīng)用的工具也已不是經(jīng)典力學(xué)，而是統(tǒng)計力學(xué)，就是不但要單獨研究每一個系統(tǒng)，而且要系統(tǒng)性地將所有行星作為一個整體樣本來研究。

行星的性質(zhì)為什么有多元化的特點？是因為其間發(fā)生了很多復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，最終的結(jié)果是，行星系統(tǒng)實際上是混沌演化的幸存者（編者注: 在非線性科學(xué)中，混沌指一種確定的但不可預(yù)測的運動狀態(tài)）。這是100多年前，法國數(shù)學(xué)家龐加萊提出的太陽系能不能永存的問題，就是說太陽系在它的引力下能不能保持穩(wěn)定性?，F(xiàn)在看來，很多時候，由于它的引力不穩(wěn)性，所以產(chǎn)生了很多演化現(xiàn)象。

另外，在行星科學(xué)大大發(fā)展的同時，人類在紅外天文學(xué)上也取得了重大進(jìn)展。大約上世紀(jì)八九十年代的時候，我們發(fā)射了幾顆紅外衛(wèi)星，加上哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，這樣就可以看到恒星形成的區(qū)域，從中還能看到一些正在形成的恒星盤。這些恒星盤的大小往往比太陽系還要大一些。這些恒星盤也剛好符合法國天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家拉普拉斯在200多年前推測的整個太陽系形成的模型。

這個模型是什么樣的呢？我們知道，太陽系里的行星基本上都是在同一個平面上運動的，拉普拉斯當(dāng)時的想法就是，這些行星今天所占領(lǐng)的位置反映的就是它當(dāng)初形成的過程。用這種想法來推測的話，就等于說我現(xiàn)在在這個屋子里看到的所有人都在北京，所以我的結(jié)論是每個人都是在北京出生、成長并一直在這工作的，但顯然這個結(jié)論是錯的。

現(xiàn)在，我們在概念上已有了重大改進(jìn)，知道了行星在形成過程中是有過明顯遷移的。當(dāng)引力使星云集中在一起的時候，只要有一點角動量就可以形成一個旋轉(zhuǎn)速度非?？斓谋P，這些盤的里面溫度比較高，盤外面的溫度稍微低一些。盤里含有除了氫和氦以外的重金屬元素，慢慢地，它們結(jié)成一些灰埃，灰埃相撞變成石塊，石塊相撞變成子行星，子行星繼續(xù)相撞變得越來越大，最后吸積一些周圍的氣體，進(jìn)而形成這些巨行星。

這個過程本身是非常復(fù)雜的，需要懂得動力學(xué)、流體力學(xué)、磁流體力學(xué)，而且還要知道整個物態(tài)方程和輻射傳導(dǎo)。具體的研究方法，比如用數(shù)字來模擬相撞的過程，看它到底能夠吸積多少氣體，或者相撞到什么程度就會讓速度快得把它打得粉碎。然后我們對這些相撞的結(jié)果進(jìn)行比較，比如說對“嫦娥”帶回來的月亮表面的圖象進(jìn)行比較。

另外一個在理論上取得很大進(jìn)展的是，我們知道了行星在形成過程中，在什么樣的情況下會積累足夠的質(zhì)量，形成一些像地球大小的類地行星的核，然后開始吸積周圍的氣體，最后形成像木星這樣大的行星。在這一過程中，它會對周圍的盤產(chǎn)生潮汐作用，發(fā)揮一些引力上的影響，產(chǎn)生引力波和密度波，密度波會產(chǎn)生角動量的傳導(dǎo)，進(jìn)而使行星的軌道發(fā)生遷移。這些問題都是當(dāng)前理論研究上的熱門課題。當(dāng)一個巨行星形成后，它會影響周圍的環(huán)境而產(chǎn)生多向的巨行星，在多向的巨行星運轉(zhuǎn)過程中，它們互相發(fā)揮引力作用，導(dǎo)致引力不穩(wěn)，產(chǎn)生混沌，然后產(chǎn)生一些非線性的作用。有些行星會被甩到主星的周圍，被主星的潮汐作用撕裂。在被撕裂的過程中，它外邊的氣體會被拉進(jìn)去，但是中間的核可以保持住，這些核會形成一些超級地球（編者注：超級地球即一些巨大的類地行星）。在這一演化過程中，它們的質(zhì)量可能會減少，軌道會改變。

而這些超級地球跟周圍的盤之間互有潮汐作用，它們也會在這個盤里邊慢慢地運轉(zhuǎn)，在盤和這些行星的演化過程中，可以產(chǎn)生出多行星的系統(tǒng)。最近我們觀測到了一些行星系統(tǒng)，一顆主星被一顆行星蓋住了，而此時另外一些行星也正在經(jīng)過，會蓋住這顆蓋住主星的行星，然后使它的光度發(fā)生變化。

通過這些現(xiàn)象，我們會發(fā)現(xiàn)有很多的行星開始向主星靠攏，在靠攏的過程中，它們可能會集中起來，這也是統(tǒng)計物理上可以做的一些非常深奧的研究，特別是它們怎么進(jìn)入共振，怎么進(jìn)入混沌，最后怎么使它們的軌道開始變成多元化的軌道。

這一兩年里，人們還發(fā)現(xiàn)一些行星圍繞主星公轉(zhuǎn)的周期甚至不到一天，比如一顆叫做“開普勒78”的行星，它每8小時就繞主星轉(zhuǎn)了一次，它離主星的距離等于地球到太陽距離的1/60，僅在三倍于主星半徑的地方，幾乎靠著主星了。而主星本身又有一些磁場，當(dāng)這顆行星圍繞主星磁場轉(zhuǎn)的時候，就會對磁場有一定影響，進(jìn)而產(chǎn)生電壓，電壓帶來的電流經(jīng)過它，產(chǎn)生一些阿爾文波，然后影響主星，在這一過程中間會產(chǎn)生歐姆耗散，使這一行星的大氣基本上蒸發(fā)掉了。但這顆行星里邊還有一些硅，硅的溫度可以達(dá)到2500到3000攝氏度，這些硅還可以產(chǎn)生硅的大氣。如果知道硅的導(dǎo)電度，那么我們就可以知道歐姆耗散率。到現(xiàn)在為止，我們基本上可以通過觀測到的一些現(xiàn)象，知道它的表面是不可能有鐵的，只不過是有一些濃漿，可能這顆行星的鐵已經(jīng)到了它的核里。

接下來，中科院國家空間科學(xué)中心正在準(zhǔn)備發(fā)射一枚利用天體測量尋找地球的雙胞胎的空間望遠(yuǎn)鏡。同時國際的同行們也進(jìn)一步通過徑向速度和凌星觀測衡量其中一些行星的質(zhì)量和半徑，然后知道它們的密度，通過密度可以知道它們的基本物質(zhì)大體上是水還是氫和大氣。通過對整個這一批行星做的一些基礎(chǔ)研究，就可以知道它們的主要成分，然后在行星之間進(jìn)行比較行星學(xué)的研究，最后可以知道一些行星的可居住性。

十年后找到地外生命

現(xiàn)在我們知道了該怎么理解行星的結(jié)構(gòu)和行星演變的動力學(xué)等很多有意思的知識，現(xiàn)在讓我們回到生物問題上來，就是我們一開始問的：如何尋找生命？

我們已經(jīng)找到了在可居住區(qū)里的行星，接下來我們就用其他方法去找更多的在可居住區(qū)里的行星，甚至包括在類似太陽的一些恒星周圍，找類似地球的行星。使用的方法是天體測量，這也是勘測行星對主星的影響，看它的位置出現(xiàn)了什么的變化。

再下一步，到底什么跡象能表明這些行星上是有生命還是沒有生命呢？面對那些不像我們的生命，我們不知道究竟應(yīng)該問什么問題，但我們知道對像我們的生命，我們可以問什么問題。所以第一步是先找到一些像我們的生命，那么該用什么工具去觀測呢？我們有一些地面觀測工具，比如國家天文臺正在參與的一些國際合作項目，如30米望遠(yuǎn)鏡；還有建在貴州的500米射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）；以及空間站里用的工具，如太空望遠(yuǎn)鏡。這些都可以用來探索地外生命。通過這些工具，我們能觀測到很多行星外面的大氣層，因為當(dāng)行星經(jīng)過主星的時候，有一些光經(jīng)過大氣層，通過它的光譜，我們可以得知它的成分，或者是溫度、密度等。

在尋找生命跡象的過程中，1983年，天體物理學(xué)家布蘭登?卡特提出了一個非常富有哲學(xué)性的原理，叫做“人擇原理”，說的是人類在解釋天文和宇宙現(xiàn)象的時候，應(yīng)該適當(dāng)?shù)乜紤]生物進(jìn)化對觀測這些現(xiàn)象的限制。也就是說，我今天之所以能夠問這些問題，是因為我已經(jīng)在這些邊界條件里了。另外生物學(xué)家還需要注意，不能只考慮生物的演化，也要考慮它周圍環(huán)境和宇宙環(huán)境的改變使生命演化受到了限制。

很多人認(rèn)為地球上最原始的生命起源于38-40億年以前，在這之前，地球還在形成的過程之中，在太空中經(jīng)歷了無數(shù)次的相撞，直到差不多44億年前，地球上開始有一些水。可能最早的生命起源于海底火山的周圍，產(chǎn)生了一些最原始的生命，然后慢慢到了大約38億年前，地球表面上出現(xiàn)了一些藍(lán)藻，而后逐漸形成了原核生物和真核生物。又過了很久，到了20億年前，地球的環(huán)境開始發(fā)生巨大變化，由于那些很初級的細(xì)菌不斷地把大氣里邊過多的二氧化碳變成氧，地球大氣層里邊的氧氣開始積聚，最終使溫室效應(yīng)減弱。在地球的溫度還比較高的時候，太陽還很年輕，光線比較暗，兩者互相平衡，對地球上的環(huán)境產(chǎn)生了一定影響。

那么最能體現(xiàn)地球上有生物的證據(jù)是什么？是分子氧。分子氧本身并不是生物所需的必需品，而是生物產(chǎn)生的廢物，這些廢物實際上參與了大氣循環(huán)，通過光合作用，產(chǎn)生了氧，然后再通過呼吸產(chǎn)生二氧化碳，這些過程是非平衡的化學(xué)演化。

在把地球和金星、火星進(jìn)行比較后，我們發(fā)現(xiàn)只有在地球上，正是由于這些生物的存在才產(chǎn)生了分子氧。而如果沒有生命，那么這些分子氧很快就會氧化，幾千年內(nèi)就會減少到幾乎觀測不到的地步。

那么生命到底是什么呢？生命本身是一個自我形成、自我繁殖的過程，生命物質(zhì)和非生命物質(zhì)的區(qū)別就是，它可以形成自我復(fù)制的模子，這些模子就是DNA分子，而DNA分子的演化狀況是亞穩(wěn)態(tài)的。就是說在不斷地自我復(fù)制中，它往往會產(chǎn)生一些變化，這些混沌的變化蘊含著演化的可能性，就是使它能夠生存下去。

用達(dá)爾文的進(jìn)化論來解釋，這種演化有幾個主要條件，一是在空間上指數(shù)擴(kuò)張，使它能夠在短期內(nèi)盡量多地繁殖，當(dāng)復(fù)制狀況出現(xiàn)變異的時候，通過雙性繁殖，它可以把演化來的多元化特征盡快擴(kuò)散，這就是智慧的體現(xiàn)。

到底什么是智慧？每一種定義都充滿爭論。但從能夠觀測的角度看，我至少可以定一個能夠定向化的評價規(guī)則，就是智慧是優(yōu)化、擴(kuò)散和保護(hù)基因生存力的能力。這是一種什么能力？如果是雙性繁殖的話，一開始的時候，兩個生物相遇才可以互相配對；但是比如鳥類，它通過叫聲，就可以使它和別的鳥相遇的幾率大大增加。再進(jìn)一步發(fā)展下去，生物還可以超越時間去留下自己的痕跡，比如說一些動物可以在某個地方留下痕跡，一段時間以后，這些痕跡還可以被找到。

最終的結(jié)果是，生物體中的物質(zhì)和遺傳信息開始慢慢地分離。到今天，大家的基因都完全可以數(shù)字化了，這就是說，我的生命信息已經(jīng)可以跟我這個物質(zhì)完全脫離開來了。這是非常重要的啟示：如果我現(xiàn)在在某個地方發(fā)現(xiàn)了生命，這個生命會不會擴(kuò)散？也就是說，我們的生命會不會是從別的地方來的？我覺得這個問題是沒有辦法證實的，我們沒辦法證實地球上的生命是從別的地方來的。但我們可以思考，地球上的生命會不會到別的地方去，能不能到別的地方去？

這就是生物體的擴(kuò)散泛種問題。比如說會不會有一些行星離開太陽系，擴(kuò)散去了宇宙？這個可能性是非常小的，因為從太陽系到第二個行星系統(tǒng)的距離之大，路途中的環(huán)境變化之大，挑戰(zhàn)之多，是很難讓生物體還能夠生存下去的。但還有另外一種擴(kuò)散的方法，就是把我們的生命信息傳導(dǎo)出去，傳導(dǎo)到另外一個可居住的行星上。

那么誰來接這些傳導(dǎo)出去的信息呢？這環(huán)節(jié)看上去很難，但不是絕對的障礙，可以通過人工智能，把一個機(jī)器人擺到一個地方，讓它收你的信息。收到之后，你可以不斷地制造和實驗，使它能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳導(dǎo)。

如果我們觀測到了生命的跡象，可以再觀察它的空間分布是比較集中的，還是完全分散的，是怎么樣的一個演化過程。這些完全是科幻的，但當(dāng)我們在十幾年、幾十年、幾百年后，找到很多生命跡象的時候，就可以對生命跡象在宇宙空間的分布有所研究。

如果生命真能夠這樣擴(kuò)散，那么下一個問題來了，這就是物理學(xué)家費米于1950年提出的“費米悖論”。這個悖論說，如果生命可以擴(kuò)散的話，那么地外的智慧生物在哪，它為什么不在我們身邊呢？這一悖論提出后的60多年來，很多人給出了各種解釋，包括物理上的各種解釋，比如大碰撞、軌道的演化、恒星和行星的各種活動，認(rèn)為是這些導(dǎo)致地外生命沒能長久地維持下去。

另外一方面，環(huán)境污染、人口過剩、戰(zhàn)爭、傳染病等環(huán)境因素也有可能給生命帶來危機(jī)，而這些危機(jī)都不能完全促成生命的凈化。至少在地球上是這樣的，地球上有很多次使生命絕種的時刻，但并沒有造成完全凈化，因為在面臨絕種的過程中，不但有危也有機(jī)，它會產(chǎn)生一些窗口，使新的事物開始演化。這時就要看生物的適應(yīng)能力，而適應(yīng)能力往往是有高峰期和低谷期的，這些峰和谷通過演化可以走到另一個趨向上去。比如曾控制地球長達(dá)幾億年的恐龍陷入生存危機(jī)時，就促使了新的物種產(chǎn)生。這表明，可以有一些局部的生物演化的低谷存在，在低谷期，某種生物可能生存一段時間，停止演化。

不過如果我們真能夠?qū)崿F(xiàn)生物體的擴(kuò)散泛種，把物質(zhì)和生命信息在一個生物體里邊分開，然后傳導(dǎo)出去，我們這時就基本掌握了該怎么控制我們生命結(jié)構(gòu)的辦法。在控制生命結(jié)構(gòu)的過程中，至少有一些人類的成員會不斷地改變生物結(jié)構(gòu)，在這一過程中，得到的反饋信息就已不再是自然的反饋，也不是緩慢的反饋，而是非?？焖俚姆答?。因為你可以通過各種各樣的技術(shù)，加快反饋過程，在這個非?？斓倪^程里，會產(chǎn)生一些非線性的混沌現(xiàn)象。

現(xiàn)在，讓我們離開科幻，回到現(xiàn)實，看看我們自己在整個宇宙中的位置，原來我們是非常渺小的。我們能看到知道的物質(zhì)，實際上在整個宇宙里還占不到4%。我們所占領(lǐng)的空間（地球）也只是整個宇宙的幾萬億分之一。我們在宇宙中所經(jīng)歷的時間，如果按一年來算，地球形成于8月，地球生物起源于11月，而人類直到12月31號才真正出現(xiàn)。

現(xiàn)在，讓我來做一個小小的總結(jié)。我今天講的有些是最新進(jìn)展，有些是比較實際的理論工作，也講了一些懸乎的科幻想象?？偟膩碚f，系外行星是普遍存在的，行星系統(tǒng)具有非常多元化的特征，行星軌道的結(jié)構(gòu)是它形成的環(huán)境和行星遷移所造成的。宇宙中可能有大量類似地球這樣的行星，它們具有可居住區(qū)的特點。我預(yù)言，在今后的十年里，我們一定會找到地外生命的跡象，而當(dāng)發(fā)現(xiàn)地外生命的時候，將會革命性地改變我們對整個生物起源的認(rèn)識。謝謝大家！

【聽眾提問】

某中學(xué)生：您剛才為什么很肯定地說，我們今后十年一定可以找到地球以外的生命？

林潮：一個是技術(shù)上的問題，一個是到底存不存在的問題。在今后十年里，我們會繼續(xù)觀測尋找有生命跡象的行星，可能會找到成百上千顆行星。在至少一千顆行星里找有類似地球上的生命現(xiàn)象的話，我們基本上是能看到的，我們有這樣的精確度。需要說明的是，所謂的“找到地外生命”，是基于我們對生命的定義，就是看有沒有分子氧，而不是要看到一個生物在那里活動。當(dāng)然這個定義也是可以推翻的。但是，通過高精確度探索，不論找得到還是找不到地外生命的跡象，意義都非常重大。

施一公（著名生物學(xué)家、清華大學(xué)教授）：我覺得您提到的1983年卡特提出的“人擇理論”非常好。我們認(rèn)知外星系生命，跟我們自己的存在有非常大的關(guān)系，它受我們自己進(jìn)化的影響。至今為止，我都找不到一條理由說，為什么尋找外星系生命第一需要找氧氣，第二要找水，第三要找適合人類居住的溫度？您剛剛講到，我們是在找類似人的生命，我們的想象非常有限，像電影《阿凡達(dá)》里的外星人，長得很像人，就比人多一個尾巴，但其實生命遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是像我們這樣的。比如高溫100攝氏度的熱泉里還有細(xì)菌生存，根本不需要20—25攝氏度的環(huán)境；在南極零下50攝氏度也可以有生物生存。有一種生物叫水熊（編者注：水熊主要生活在淡水的沉渣、潮濕土壤以及苔蘚植物的水膜中，體型通常不超過1毫米），在真空環(huán)境下都能生存，不用任何氧氣，暴露在高強(qiáng)度射線里存活幾個月也都沒有問題。那么，我們?yōu)槭裁葱枰鯕?？因為氧氣進(jìn)入后，能形成一種能量。但想象一下，在很久以前的時候，地球上甚至不需要氧氣。很多生命和人的生命形式很不一樣，而我們卻在尋找和我們一樣的智慧生命。所以我的預(yù)測是，幾乎100年都找不到跟人一樣的生命。我認(rèn)為只要存在一個星系，生命肯定存在，至于能不能觀測到是另外一回事。

林潮：但是認(rèn)為是認(rèn)為，證實是證實。所以我也同意您所有的看法，但是我沒有辦法證實。我一開始就提出來，地外生命是未知的未知，如你都不知道要找什么樣的東西，怎么去證實呢？所以我們現(xiàn)在把目標(biāo)定得非常小，我并不是相信只有類地生命才能存在，但如果想找到一個地外生命，至少要找到我可以認(rèn)定的東西，對不對？氧實際上是一個廢物，但是這個廢物可以讓我知道一個類地生物在哪存在，雖然這并不等于說類地生物是唯一的生物。如果我們連第一步都不認(rèn)識，就更難走下一步。我們不僅有技術(shù)上的局限，更有物理學(xué)上的局限，所以在限制范圍內(nèi)，把目標(biāo)縮小再縮小，這就是我們當(dāng)前的任務(wù)。

某中學(xué)生：您在講座中提到，我們?nèi)绻焉畔⑼ㄟ^技術(shù)手段傳導(dǎo)出去，然后控制自己的生命結(jié)構(gòu)，會得到快速的反饋。我想請問，如果生物急速進(jìn)化，會有什么樣的后果？

林潮：我相信很多人都有過網(wǎng)上即時通訊的經(jīng)歷，特別是你和別人吵架的時候，如果他說一句你馬上回一句，他再來一句，你馬上又回，這架就迅速吵起來了，相信很多人都有這樣的體會，事后后悔當(dāng)時不斷地快速反饋，想收都收不住。而你如果不這么急速地反饋對方，等一個星期再回他的話，這個架就吵不起來了。

我再舉個羊和狼的例子。如果羊不多，而狼很多，羊群都被狼吃了，狼沒有食物了，狼就會減少，那么羊的數(shù)量又開始增長，這是一個自然的正常反饋。但如果這個反饋太快的話，所有的羊都被狼吃掉了，生態(tài)秩序就垮了， 最終導(dǎo)致狼絕種。

人類通過技術(shù)來操控自己的基因，操控生命結(jié)構(gòu)，這其實不是一個生物問題，這是線性還是非線性反饋的問題。在生物上，你可以不斷地?fù)Q你想要的東西，不必做實驗，數(shù)學(xué)上就可以模擬。當(dāng)有這種條件的時候，總會有人被這種可能性吸引，然后去嘗試，因為想長生不老。前一段時間，霍金不是也說他反對人工智能嗎，他說的跟我說的很相似。他為什么反對，應(yīng)該也是有些想法的。如果你問我這種事會導(dǎo)致什么后果，我覺得很難說，一旦產(chǎn)生混沌，沒辦法預(yù)測到它的結(jié)果，因為整個的臨界條件已全部改變。

某小學(xué)生：就算我們能找到可以生存的星球，我們怎么在那里生存，就像《星際穿越》里一樣，建立空間站？

林潮：就像剛才講到的，生命到底是什么？生命不止是某種物質(zhì)，不止是我身上的一些細(xì)胞，而更重要的是細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)是不是能傳導(dǎo)到別的星球那里？這有點科幻的成分了，但不是那么不可思議的，但最后會發(fā)展出什么結(jié)果，還很難下結(jié)論。

某小學(xué)生：既然火星上有水，那么火星上有過生命跡象嗎？

林潮：現(xiàn)在我們還沒有看到確實的證據(jù)，還在繼續(xù)尋找?；鹦巧系拇_曾經(jīng)有水，跟我們的地球差不了太多，所以如果我們在火星上找不到生命的話，那為什么地球上就有生命呢？不僅是日后在火星上發(fā)現(xiàn)了生命，我們要考慮這個問題，就是在那里找不到生命，也要考慮這個問題，你問的問題非常好。

某小學(xué)生：如果咱們期待的某個行星上的條件和地球上的所有情況都相符，是不是說就肯定會有生命存在？

林潮：我不知道。但這是一個很好的科學(xué)問題，為什么呢？我們的生命是不是一個意外，它是在什么樣的情況下才產(chǎn)生的？如果是傳導(dǎo)來的，那么類似的星球都會有生命，而且應(yīng)該都是最簡單的生命。因為一般來說，能傳導(dǎo)成功的生命都是最簡單的東西，輕裝上陣才能傳導(dǎo)和適應(yīng)新的環(huán)境。但是很難說地球上的生命究竟是不是一個意外，因為生命是在地球最早期的時候產(chǎn)生的。剛才那位小朋友問我火星上會是什么樣，早期的火星跟那時的地球差不了太多，但就是沒找到生命，所以我希望這個多元演化問題大家以后能夠好好研究。

【作者簡介】

林潮：加州大學(xué)圣克魯茲分校教授，清華大學(xué)高等研究院客座教授，美國藝術(shù)與科學(xué)院院士，英國皇家天文學(xué)會榮譽會員，美國天文學(xué)會布勞威爾獎得主。

（本文由潘穎據(jù)清華大學(xué)天體物理中心《新世界和新視野》系列講座之二“行星起源與地外生命”整理，已經(jīng)林潮教授審閱。）